DE4334511A1

DE4334511A1 - Building with energy-efficient roof and/or exterior walls

Info

Publication number: DE4334511A1
Application number: DE4334511A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl Ing Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-09
Filing date: 1993-10-09
Publication date: 1995-04-13

Abstract

Heat-energy-efficient building with low production costs, of which the roof surface (12) and exterior walls (11) directed towards the solar radiation comprise modular solar-heat collectors (14, 24) which can preferably be plugged together, there being provided for the statics of the building a skeleton structure which receives the solar-heat collectors. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gebäude mit energieökono mischem Dach und/oder Außenwänden, das zudem preisökonomisch herzustellen und zu betreiben ist.The present invention relates to a building with energy economy mix roof and / or outer walls, which also produce economically and is to be operated.

Solarwärmekollektoren zur Erwärmung von Wasser, die im wesentlichen aus Kunststoff EPDM bestehen, sind verfügbar. Die Verwendung von Kunststoff ist dabei nicht nur aus Preisgründen vorgesehen, sondern es eignet sich aus gewähltes Material desselben für Solarwärmekollektoren. Solches für das Solar-Einstrahlfenster verwendetes Kunststoffmaterial hat die Eigen schaft, die Sonnenstrahlung weitgehend ungehindert durch das Material hindurch in die Flüssigkeit des Kollektors gelangen zu lassen, jedoch die im Kollektor erzeugte Wärme nur in sehr vermindertem Maße wieder (der eintretenden Sonnenstrahlung entgegengerichtet) aus dem Kollektor heraus zulassen. Die Rückseiten solcher Kollektoren sind im allgemeinen in konventioneller Weise wärmeisolierend ausgeführt. Die aus der obigen Ein leitung hervorgehende Aufgabenstellung zur vorliegenden Erfindung, nämlich den Aufbau eines energieökonomischen Gebäudes anzugeben, das außerdem auch preisökonomisch herzustellen ist, wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Solar heat collectors for heating water, which essentially consist of Plastic EPDM are available. The use of plastic is not only provided for price reasons, but it is suitable selected material of the same for solar heat collectors. Such for that Plastic material used for solar irradiation windows has its own shaft, the solar radiation largely unhindered by the material to get into the liquid of the collector, but the heat generated in the collector only to a very limited extent (the incoming solar radiation) from the collector allow. The backs of such collectors are generally in conventionally carried out heat-insulating. The one from above task arising from the present invention, namely to specify the construction of an energy-efficient building that is also to be produced economically, with the characteristics of claim 1 solved. Further refinements of the invention emerge from the subclaims.

Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Prinzip der obenbeschriebenen bekannten Solarwärmekollektoren auszunutzen und aus solchen Dach und/oder Außenwände eines Gebäudes zu bilden, das als solches in konventioneller Weise für den Aufenthalt von Personen und/oder für die Lagerung von Materialien beheizbar ist. Das Gebäude besitzt z. B. eine Anlage mit Wasserradiatoren in den einzelnen Räumen, die von einer Heizquelle mit warmem Wasser gespeist werden. Die Besonderheit der Erfindung ist, daß, vorzugsweise mit diesem System gekoppelt, das Dach und/oder die Außenwände aus erfindungsgemäß verwendeten Solarwärme kollektoren des Prinzips der obenbeschriebenen Art bestehen. Das Gebäude besitzt ein tragendes Skelett aus entsprechend stabilem Material wie z. B. Stahl, Holz oder dergleichen. In dieses Skelett sind erfindungsgemäß vor gesehene Solarwärmekollektoren eingesetzt, die zusammen mit dem Skelett Dach und Wände gegen die Witterung der Außenatmosphäre dicht abschließen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß auf der Innenseite des Gebäudes die vorgesehenen Kollektoren gleichartig wie deren der Sonne zugewandte Außenseite ausgebildet sind. Es kann damit nämlich die Innenisolierung des Gebäudes preisökonomisch eingespart werden. Da die verwendeten Solarwärmekollektoren nicht nur auf der Außenseite sondern auch auf deren Innenseite (ansonsten ist dies deren Rückseite) mit der obigen Kunststoffwandung versehen sind, die relativ wenig Wärme in den Kollektor aus dem Innenraum des Gebäudes eintreten läßt, ist die Basis für einen Isolationseffekt gelegt. Die in den Kollektor vom Innenraum des Gebäudes eintretende Wärme wird über die Kollektorflüssigkeit wieder gesammelt und kann dem Heizungssystem des Gebäudes wieder zugeführt werden. Die Verwendung solchen Wärme in nur geringem Maße hindurchlassenden Kunststoffes dient dabei auch dazu, zeitweise mögliche übermäßige Erwärmung des Gebäudes von außen vom Innenraum fernzuhalten, der somit auch durch die Kollektoren tempera turklimatisiert werden kann.The present invention is based on the idea of the principle of Exploit known solar heat collectors and off to form such roof and / or outer walls of a building that as such in a conventional manner for the stay of people and / or is heated for the storage of materials. The building has e.g. B. a system with water radiators in the individual rooms, which by a Heat source can be fed with warm water. The peculiarity of Invention is that, preferably coupled with this system, the roof and / or the outer walls from solar heat used according to the invention collectors of the principle of the type described above exist. The building has a load-bearing skeleton made of appropriately stable material such as B. Steel, wood or the like. In this skeleton according to the invention seen solar heat collectors used together with the skeleton Seal the roof and walls tightly against the weather from the outside atmosphere. According to a development of the invention it is provided that on the Inside the building, the intended collectors are the same as the outside of which faces the sun is formed. It can namely, the interior insulation of the building saved economically become. Since the solar heat collectors used are not only on the Outside but also on the inside (otherwise this is their Back) are provided with the above plastic wall, the relative little heat enters the collector from inside the building leaves the basis for an isolation effect. The in the Heat entering from the interior of the building is transferred via the Collector fluid collected again and can the heating system of the Building can be fed again. The use of such heat in only plastic that lets through to a small extent also serves to at times possible excessive heating of the building from the outside from Keep the interior away, which is also tempera through the collectors can be air-conditioned.

Die in den Solarwärmekollektoren durch Sonneneinstrahlung aufgenommene Wärme wird mit dem Flüssigkeitstransport durch die Kollektoren hindurch an eine Solarwärme-Sammelstelle abgeführt. Es ist dies wie üblich ein größerer Flüssigkeitsbehälter, in dem der Energieinhalt solarerwärmter Flüssigkeit gespeichert wird. Es kann dies z. B. auch ein Schwimmbad sein, das üblicherweise erhebliche Mengen an Wasser faßt. Gegebenenfalls ist ein Wärmeaustauscher zwischen dem Schwimmbadwasser und der Kollektor flüssigkeit vorgesehen, die zwar ebenfalls im wesentlichen Wasser ist, das in der Regel aber mit Zusätzen gegen Korrosion, Gefrieren und dgl. versetzt ist. The one absorbed by solar radiation in the solar heat collectors Heat is transported through the collectors with the liquid transport transferred to a solar heat collection point. It is this as usual Larger liquid container in which the energy content is solar heated Liquid is stored. This can e.g. B. also be a swimming pool, that usually holds significant amounts of water. If applicable a heat exchanger between the swimming pool water and the collector provided liquid, which is also essentially water, but usually with additives against corrosion, freezing and the like. is offset.

Aus diesem Wärmespeicher kann mit Hilfe einer Wärmepumpe Heizenergie mit höherer Temperatur als der Temperatur der Kollektorflüssigkeit gewonnen werden. Diese Heizenergie kann zur oben bereits beschriebenen konventio nellen Heizung des Gebäudes verwendet werden.With the help of a heat pump, heating energy can be extracted from this heat storage higher temperature than the temperature of the collector liquid become. This heating energy can be used for the convention described above heating of the building.

Aus dem Voranstehenden ist ersichtlich, daß es bei der Erfindung nicht erforderlich ist, übermäßig großen Aufwand in die Wärmeisolation der Innenseite der Außenhaut des Gebäudes, und zwar für den Wärmedurchgang von innen nach außen, zu betreiben. In die Kollektoren des Daches und der Außenwände von innen her gelangende Wärme wird ebenso wie die Solarwärme im Kollektor aufgenommen, in das Speichersystem geliefert und wird von dort wieder der Raumbeheizung zugeführt.From the foregoing, it can be seen that the invention is not excessive heat insulation is required Inside of the outer skin of the building, specifically for heat transfer to operate from the inside out. In the collectors of the roof and the Heat coming from the inside becomes just like the solar heat recorded in the collector, delivered to the storage system and is supplied by returned to the room heating there.

Preisökonomisch läßt sich ein solches Haus herstellen, wenn man für dessen Konstruktion die die Außenhaut bildenden Solarwärmekollektoren als Modulbausteine konzipiert und verwendet. Dem Prinzip nach ist derartiges von Fertighäusern durchaus geläufig und bietet auch in gestalterischer Hinsicht für den Architekten kein Problem.Such a house can be manufactured economically if you look for whose construction the solar heat collectors forming the outer skin as Module blocks designed and used. In principle this is the case of prefabricated houses quite common and also offers in design No problem for the architect.

Wegen der im Vergleich zum Innenraum des Gebäudes enorm großen Flächen, die in Süd- aber auch in Ost- und in West-Richtung für die Solarwärme aufnahme zur Verfügung stehen, läßt sich eine gute Energiebilanz er wirtschaften und es steht im Regelfall selbst in der Winterzeit eine relativ große Wärmemenge zur Verfügung. Ein Zusatz-Heizbedarf aus anderen Energiequellen kann daher selbst in strengem Winter gering gehalten werden, wobei zu berücksichtigen ist, daß niedrige Außentemperaturen zumindest in Europa meistenteils mit sonnigen Tagen verbunden sind, so daß über die Sonnenscheindauer des Tages hinweg große Energiemengen, abhängig von der Größe des Energiespeichers, gesammelt werden können.Because of the huge areas compared to the interior of the building, those in the south but also in the east and west for solar heating recording are available, he can have a good energy balance operate and there is usually one even in winter relatively large amount of heat available. An additional heating requirement from others Energy sources can therefore be kept low even in severe winter be considered, taking into account that low outside temperatures are mostly associated with sunny days, at least in Europe, so that over the day's sunshine, large amounts of energy depending on the size of the energy storage, can be collected.

Aus welchen Gründen auch immer nur mangelhaft oder gar nicht (Nordseite) beschienene Wände und Dachflächen des Gebäudes werden in konventioneller Weise wärmeisolierend hergestellt, wobei dies ebenfalls, wie bekannt, in Modulbauweise mit Skelettstruktur ausführbar ist.For whatever reason, poor or not at all (north side) illuminated walls and roof surfaces of the building are becoming more conventional Made thermally insulating, this also, as known, in Modular construction with a skeleton structure is feasible.

Vorzugsweise sind die Solarwärmekollektoren miteinander zusammengesteckt und anschließend verschweißt oder verklebt. Eine Fläche wie z. B. das Dach oder eine Außenwand hat untenliegend ein erstes Sammelrohr und oben liegend ein zweites Sammelrohr, die im wesentlichen waagerecht verlaufen. Zwischen diesen erstrecken sich die Solarwärmekollektoren derart, daß durch das untenliegende Rohr Flüssigkeit den Solarwärmekollektoren zuge führt und durch das obenliegende Rohr die erwärmte Flüssigkeit abgeführt werden kann. In entsprechender Weise ist auch das Dach mit einem an der Traufe liegenden Rohr und einem am First liegenden Rohr ausgeführt und zwischen diesen Rohren erstrecken sich die Solarwärmekollektoren. Die miteinander verbundenen Solarwärmekollektoren einer Dachfläche bzw. einer Wandfläche bilden also wärmetechnisch eine Einheit. Pumpen sorgen für die notwendige Flüssigkeitsströmung, soweit nicht bereits Wärmekonvektion die Kollektorflüssigkeit in Bewegung hält.The solar heat collectors are preferably plugged together and then welded or glued. An area such as B. the roof or an outer wall has a first header pipe below and above lying a second manifold, which run essentially horizontally. Between these, the solar heat collectors extend such that through the liquid pipe below the solar heat collectors leads and discharged the heated liquid through the overhead pipe can be. In a corresponding way, the roof with one on the Eaves pipe and a pipe lying on the ridge and the solar heat collectors extend between these tubes. The interconnected solar heat collectors of a roof area or one In terms of heat technology, the wall surface thus forms a unit. Pumps take care of that necessary flow of liquid, unless heat convection already Collector fluid keeps moving.

Es empfiehlt sich, einzelne Flächen wie Dach oder einzelne Seitenwände des Gebäudes getrennt an den Speicher anzuschließen, nämlich um diese einzelnen Flächen gesteuert zu betreiben. Diese Steuerung kann auch dazu dienen, eine komplette Heiz- und Klimaregelung des Gebäudeinneren reali sierbar zu machen.It is recommended to have individual surfaces such as roof or individual side walls of the building to be connected separately to the store, namely around this to operate individual areas in a controlled manner. This control can also do this serve a complete heating and climate control of the building interior reali renderable.

Im Inneren kann das Gebäude in an sich üblicher Weise ausgeführt sein. Es können dies Wohn- oder Büroräume, Lager- oder Maschinenhallen sein. Die erfindungsgemäß gebildeten Wände und/oder Dachflächen des Gebäudes können auf der Innenseite auch mit konventionellen Wandverkleidungen versehen sein. Außenfenster und Türen sind an dem Gebäude in üblicher Weise ange ordnet.Inside, the building can be designed in the usual way. It this can be residential or office space, warehouses or machine halls. The Walls and / or roof surfaces of the building formed according to the invention can also provided with conventional wall cladding on the inside his. Exterior windows and doors are attached to the building in the usual way arranges.

Die Fig. 1 zeigt ein Prinzipbild zur Erfindung. Mit 1, 1′ sind Solar wärmekollektoren der Gesamtheit der Kollektoren bezeichnet. Zum Beispiel befinden sich die Kollektoren 1 und 1′ auf verschiedenen Seiten des Ge bäudes, bezogen auf die Sonneneinstrahlung. Mittels der in beispielsweise die Vorlaufleitung 2 der Kollektorleitungen 2, 2′ eingefügten Ventile 3, 3′ läßt sich der von einer Pumpe 4 angetriebene Flüssigkeitsumlauf auf die jeweiligen Kollektoren 1, 1′ der Tageszeit und der Sonneneinstrahlung entsprechend steuerbar verteilen. Mit 5 ist ein Wärmetauscher im Speicher 6 bezeichnet, wobei letzterer z. B. auch ein Schwimmbad-Becken sein kann. Vorzugsweise wird als Speicher ein großvolumiger Wasserbehälter verwen det. Mit 7 ist eine Wärmepumpe bezeichnet, die über den Wärmetauscher 8 Wärme niedrigerer Temperatur aus dem Speicher 6 bezieht. Die Wärmepumpe 7 liefert höher temperiertes Heizungswasser über die Leitungen 9′ in das konventionelle Warmwasser-Heizungssystem des Gebäudes. Für den Notfall kann dieses Heizungssystem 9 zusätzlich auch einen Heizkessel 9′′ oder eine sonstige andere konventionelle Heizungsquelle aufweisen. Fig. 1 shows a basic diagram of the invention. With 1 , 1 'solar heat collectors of the collectors are called. For example, the collectors 1 and 1 'are on different sides of the building, based on the solar radiation. By means of, for example, the flow line 2 of the collector lines 2 , 2 'inserted valves 3 , 3 ', the liquid circulation driven by a pump 4 can be distributed to the respective collectors 1 , 1 'according to the time of day and the sunshine accordingly controllably. 5 with a heat exchanger in the memory 6 is designated, the latter z. B. can also be a swimming pool. A large-volume water container is preferably used as the storage. 7 with a heat pump is referred to, the 8 heat of lower temperature from the memory 6 is obtained via the heat exchanger. The heat pump 7 delivers higher temperature heating water via the lines 9 'in the conventional hot water heating system of the building. For emergencies, this heating system 9 can also have a boiler 9 '' or other conventional heating source.

Fig. 2 zeigt in einer Aufsicht (für die geneigte Dachfläche) aus ent sprechend schräger Richtung eine Außenwand 11 und eine Dachfläche 12 des Gebäudes 10, von dem in der Fig. 2 ein entsprechender Anteil wiedergege ben ist. Die Außenwand 11 umfaßt z. B. eine Hauseingangstür 112 und Fen ster 113, von denen eines als Beispiel in Fig. 2 gezeigt ist. Die ganze Wandfläche 11 ist mit Ausnahme der Fenster und Türen derselben aus Solar wärmekollektoren 14 bestehend, von denen ebenfalls nur einige derselben dargestellt sind. Diese Kollektoren 14 sind zum einen mit der Bodenröhre 15 und der obenliegenden Röhre 16 sowie auch untereinander hinsichtlich des Durchflusses der Kollektorflüssigkeit in Verbindung. Durch die Boden röhre zugeführt Kollektorflüssigkeit fließt, teils durch die Pumpe ange trieben, teils auch durch Schwerkraftantrieb durch die Solarwärmekollek toren 14 in die obenliegende Röhre 16. Die Bodenröhre 15 ist mit der Systemleitung 2 und die obenliegende Röhre mit der Systemleitung 2′ ver bunden. Die Dachfläche besteht ebenfalls aus Solarwärmekollektoren 24 die einerseits in Flüssigkeitsverbindung mit der Dachbasisröhre 25 und andererseits mit der Firströhre 26 verbunden sind. Die Dachbasisröhre 25 ist mit der Systemleitung 2 und die Firströhre 26 mit der Systemleitung 22′ verbunden. Das System kann auch vereinfacht so ausgebildet sein, daß die obenliegende Röhre 16 und die Dachbasisröhre 25 ein und dieselbe Röhre sind, die zum einen mit den Solarwärmekollektoren 14 der Wand 11 und zum anderen mit den Solarwärmekollektoren 24 der Dachfläche 12 in Verbindung stehen. Vorteilhafterweise sind die Solarwärmekollektoren 14 und 24, die, abgesehen von dem tragenden Skelett des Gebäudes, die wesentlichen Bestandteile der Wand 11 bzw. des Daches 12 sind, entspre chend einer Steck-Modulbauweise ausgeführt und in dieser Weise einander verbunden. Die Verbindung der einzelnen Kollektormodule miteinander kann durch Verkleben, Verschweißen und dgl. gesichert sein. Fig. 2 shows a plan (for the inclined roof surface) from accordingly oblique direction, an outer wall 11 and a roof surface 12 of the building 10 , of which a corresponding portion is shown in FIG. 2 ben. The outer wall 11 includes z. B. a front door 112 and Fen ster 113 , one of which is shown as an example in Fig. 2. The entire wall surface 11 , with the exception of the windows and doors of the same from solar heat collectors 14 , of which only some of the same are shown. These collectors 14 are connected on the one hand to the bottom tube 15 and the overhead tube 16 and also to one another with regard to the flow of the collector liquid. Through the bottom tube supplied collector liquid flows, partly driven by the pump, partly also by gravity through the solar thermal collectors 14 in the overhead tube 16th The bottom tube 15 is connected to the system line 2 and the overhead tube to the system line 2 '. The roof surface also consists of solar heat collectors 24 which are connected on the one hand in liquid communication with the roof base tube 25 and on the other hand with the roof tube 26 . The roof base tube 25 is connected to the system line 2 and the roof tube 26 to the system line 22 '. The system can also be simplified in such a way that the overhead tube 16 and the roof base tube 25 are one and the same tube, which are on the one hand connected to the solar heat collectors 14 of the wall 11 and on the other hand to the solar heat collectors 24 of the roof surface 12 . Advantageously, the solar heat collectors 14 and 24 , which, apart from the supporting skeleton of the building, are the essential components of the wall 11 and the roof 12 , accordingly designed a plug-in modular design and connected in this way. The connection of the individual collector modules to one another can be secured by gluing, welding and the like.

Die in der Fig. 2 nicht dargestellten Systemleitungen 2, 2′ sind in entsprechender Weise in dem Gebäude verlegt und führen dann in das rest liche System, das zur Fig. 1 beschrieben ist.The system lines 2 , 2 'not shown in FIG. 2 are laid in a corresponding manner in the building and then lead to the rest of the system that is described in FIG. 1.

Claims

1. Building, characterized in that the solar radiation facing portions of the wall ( 11 ) and / or roof ( 12 ) in a load-bearing skeleton structure are used solar heat collectors ( 14 , 24 ), which are designed for modular construction and with each other and with bottom and with overhead connection lines ( 15 , 25 ; 16 , 26 ) for the circulation of the collector liquid, the solar heat collectors ( 1 , 1 '; 14 , 24 ) facing at least the solar radiation have a solar radiation window, which consists of a material that has high specific permeability for solar radiation and low specific heat permeability for low-temperature heat.

2. Building according to claim 1, in which the intended solar heat collectors ( 1 ' 1 '; 14 , 24 ) also on the inside of the building consist of a material that has little specific permeability for low-temperature heat.

3. Building according to claim 1 or 2, wherein the solar heat collectors ( 1 , 1 '; 14 , 24 ) are designed to be pluggable together.

4. Building according to claim 3, in which the intended solar heat collectors ( 1 , 1 '; 14 , 24 ) are glued or welded together at the points at which they are inserted.

5. Building according to one of claims 1 to 4, in which for a wall surface ( 11 ) at least one underlying tube ( 15 , 25 ) and an overhead tube ( 16 , 26 ) as a manifold of the collectors ( 1 , 1 '; 14 , 24 ) of the respective wall / roof surface ( 11 , 12 ) are provided.

6. Building according to one of claims 1 to 5, in which the system of solar heat collectors ( 1 , 1 ') has a heat accumulator ( 6 ) with a circulation system.

7. Building according to one of claims 1 to 6, which provides for the (additional) heating of the building, a conventional heating system ( 9 ).

8. Building according to claim 7, wherein the conventional heating system ( 9 ) by means of a heat pump from the memory ( 6 ) is supplied with heat.